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Anordnung an einem Dreibegriffvorsignal im Eisenbahnbetrieb Bei Signalen,
insbesondere solchen, welche im Eisenbahnbetrieb verwendet werden, hat man oft die
erschwerende Bedingung einzuhalten, daß zwischen der Lichtquelle und der Lichtaustrittsstelle
des Signals ein erheblicher Abstand vorhanden ist.
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Die Abb. i veranschaulicht wesentlich schematisch im Querschnitt die
Optik des im deutschen Eisenbahnbetrieb verwendeten Dreibegriffvorsignals.
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In der AM. i bezeichnet i die Lichtquelle, deren Strahlung
sowohl über den Parabolspiegel ?- nach vorn als auch über den Parabolspiegel
3 nach hinten ausgenutzt wird. Diese vom Parabolspiegel 3 kommende rückwärtige
Strahlung fällt in das Innere eines Spiegelkastens 4, in welchem sich zwei Planspiegel
5
und 6 befinden. jeder dieser Spiegel lenkt den Lichtstrom um 9o°
um, so daß er schließlich aus dem Spiegelkasten 4 in der gleichen Richtung aust@itt
wie die Strahlung, die von dem Parabolspiegel,2 erfaßt und parallel gerichtet ausgestrahlt
wird. Am Ende des Spiegelkastens 4 befindet sich eine Streuscheibe bzw. ein Streuscheibenring
7, der einen Teil des Lichtstromes so ablenkt, daß das Signal auch in der Nähe gesehen
werden kann. Ohne diesen Streuscheibenring 7 wäre die Lichtquelle nur innerhalb,
eines kleinen Winkelbereiches sichtbar, denn ihr virtuelles Bild befindet sich ja
in einem großen Abstand von der Lichtaustrittsöffnung des Spiegelkastens, die als
Blende wirkt.
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Die optischen Verhältnisse werden nun dadurch noch ungünstig-er, daß
stets die Lichtquellen eine gewisse Ausdehnung haben und
daher nicht
paralleles Licht ' sondern stets divergentes bzw. konvergentes Licht ereugt
wird.
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Die Abb. 2 veranschaulicht den Strahlengang in einem Parabolspiegel
unter Voraussetzung einer nicht punktförmigen Lichtquelie. Die Lichtquelle ist als
ein verhältnismäßig großer Kreis gezeichnet, und, es sind sowohl von dem vordersten
als auch von dem hintersten Punkt der Lichtquelle kommende Strahlen verfolgt. Ferner
sind die von dem oberen und dem unteren Punkt der Lichtquelle kommenden Strahlen
gezeichnet. Die einzelnen Strahlen sind durch verschiedene Schraffierungen gekennzeichnet.
Man sieht, daß diese Strahlen so stark streuen ', daß von einer Streuscheibe
8, die sich aus den oben ge-
schilderten Gründen in erheblichem Abstand
befindet -, nicht mehr alle Strahlen erfaßt werden können.
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Man hat nun versucht, bei derartigen Signalen,' u.a. auch bei Eisenbahnsignalen,
als lichtsammelndes Mittel eine Linse zu verwenden, bei der das Verhältnis des Durchmessers
der Lichtquelle zur Brennweite der Linse kleiner ist als bei einem Parabolspiegel
kleiner Brennweite. Es spielt dann die Nichtpunktförmigkeit der Lichtquelle keine
so große Rolle. Eine solche Anordnung ist in der Abb. 3 im Schnitt dargestellt,
in welcher i die Lichtquelle, 9 -die Kondensorlinse und 8 wieder die Streuscheibe
ist.
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Die Verwendung einer solchen Linse hat aber den Nachteil, daß nur
--in verhältnismäßig kleiner öffnungswinkel des gesamten Lichtstroms von der Linse
erfaßt wird. Man hat daher zur besseren Ausnutzung des Lichtstroms in Signalen bereits
eine Anordnung aus Parabolspiegel und Kondensorlinse benutzt -, um den von der Lichtquelle
ausgesandten Lichtstrom möglichst vollständig zu erfassen. Eine solche Optik ist
in der Abb- 4 schematisch dargestellt. Diese Anordnung aus Parabolspiegel und Linse
erscheint zunächst optisch widersinnig, denn die Kondensorlinse beeinflußt ja den
vom Parabolspiegel parallel gerichteten Lichtstrom, indem sie ihn nach einem Brennpunkt
bin sammelt und nur zum Teil auf die Austrittsöffnung des Signals fallen läßt. In
der Abb. 4 ist i die Lichtquelle, 2 der Parabolspiegel, 9 die Linse und 8
die Streuscheibe, die, wie oben erwähnt, in der Mitte von lichtrichtenden Elementen
frei ist. Die Lichtquelle befindet sich sowohl im Brennpunkt des Parabolspiegels
als auch im Brennpunkt der Kondensorlinse. Die von der Kondensorlinse 9 erfaßten
Lichtstrahlen der Lichtquelle i, welche also nicht über den Parabolspiegel - gegangen
sind, sind in Abb. ausgezogen gezeichnet, während diejenigen Lichtstrahlen.. die
vom Parabolspiegel 2 kommen, gestrichelt gezeichnet sind. Die Lichtstrahlen, die
voll dem Parabolspiegel kommen. treffen parallel gerichtet auf die Kondensorlinse
o und werden von dieser in einem Brennpunkt Io gesammelt und divergieren hinter
'diesem wiederum. Ein Teil von ihnen gelangt auf die Streuscheibe 8; man sieht aber
aus der Abb. 4, daß der größte Teil dieser Lichtstrahlen so stark divergiert, daß
sie von der Streuscheibe 8 nicht mehr erfaßt werden. In der Abb. 4 ist nicht berücksichtige
worden, daß im allgemeinen kein einheitlicher Brennpunkt Io entsteht, sondern daß
die Randteile der Kondensorlinse 9 eine kürzere Brennweite haben als das Mittelteil
dieser Kondensorlinse. Es ist auch ferner nicht berücksichtigt worden, daß infolge
der Nichtpunktförmigkeit der Lichtquelle, wie sie in Abb.2 in ihrer Wirkung dargestellt
ist, von dem Parabolspiegel « auf die Kondensorlinse 9 kein paralleles Licht, sondern
vorzugsweise divergentes Licht ausgesandt wird, so daß sich also hinter der Kondensorlinse
ein noch immer schwach divergierendes Licht ergibt, welches also auch nicht vollkommen
auf die Streuscheibe 8
fällt.
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Hier setzt die Erfindung ein, die darin be-
steht, daß in den
Strahlengang noch ein Linsenring i i eingeschaltet wird. Die optischen Verhältnisse,
die nun eintreten, sind in der Abb. 5 dargestellt. Der Linsenring ist in der Abb.
5 voll ausgeführt. Er kann aber auch ein Stufenlinsenring sein. Dieser Linsenring
hat die Aufgabe, die zu divergente Strablang, welche vom Brennpunkt Io herkommt.
so schwach konvergent zu machen, daß sie noch die Austrittsblende trifft. Er soll
ferner die Strahlung, welche vom Brennpunkt Io kommt und noch auf die Austrittsblende
gelangt, nicht behindern. Er soll drittens die Strahlung. die von der Kondensorlinse
parallel kommt -, nicht so ablenken -, daß sie nicht mehr auf die Austrittsblende
fällt. Seine Brennweite muß eine solche Größe haben, daß die aus dem Brennpunkt
Io der Kondensorlinse, 9 kommenden Lichtstrahlen schwach konvergent gemacht werden,
so daß sie sämtlich die die Abschlußblende bildende Streuscheibe 8 erreichen.
Man gibt diesem Linsenring i i zweckmäßig einen etwas größeren Durchmesser als der
Kondensorlinseg, so daß auch wirklich der 'ganze Lichtstrom möglichst vollständig
erfaßt wird. Die Größe der Ausbohrung des Linsenringes ist durch die Lage des Linsenringes
in dem Signal -, den Abstand des Brennpunktes io von der Stretischeibe
8 und dem Durchmesser der Streuscheibe 8 gegeben-, denn man will mit
dem Linsenring sämtliche Lichtstrahlen erfassen, die vom Brennpunkt io kommen und
nicht mehr direkt die Streuscheibe erreichen können. Die Verbindungslinie des Brennpunktes
Io
mit dem äußeren Rand der Streuscheibe 8 ist die Begrenzung, bis zu der man
den Linsenring nach innen erstrecken kann, während die Verlängerung der Verbindungslinie
des äußeren Randes des Kondensors 9 mit dem Brennpunkt Io maßgeblich für den äußeren
Durchmesser des Linsenringes ist.
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Nun Würde der Linsenring i i alerdings .eine Störung des parallelen
Lichtbündels bedeuten, das von den Randzonen des Kondensors 9 kommt und nicht mehr
durch die mittlere Öffnung des Linsenringes hindurchtreten. kann, sondern an dem
Linsenring eine abermalige Brechung -erfährt. Derartige Strahlen würden beispielsweise
den Weg 1-12-13-14 nehmen, aber immer noch aus der Austrittsöffnung des Signals
herauskommen und somit nutzbar gemacht werden. Diese Störung des von der Kondensorlinse
kommenden Lichtstromes tritt aber praktisch nicht derartig stark in Erscheinung,
wenn man einen Kondensor von großer Öffnung verwendet, dessen Randzonen bereits
merklich sphärische Aberration zeigen. Infolge dieses sphärischen Fehlers ist die
Brennweite für die Randzonen kürzer als für die Mittelzonen. Befindet sich die Lichtquelle
also ' im, Brennpunkt der achsenbenachbarten Stellen, so befindet sie sich
für die Randzonen des Kondensors außerhalb der Brennweite. Der Kondensor macht also
das von ihr ausgesandte Licht schwach konvergent, so daß es etwa so verläuft wie
die punktierte Linie 1-12-15-16. Die Randstrahlung des Kondensors kann also bei
ausreichend großer sphärischer Aberration unter geringen Winkeln zur optischen Achse
des Systems ungehindert durch den Linsenring die Streuscheibe verlassen. Es ist
praktisch, der Ringlinse einen größeren Durchmesser und eine größere Brennweite
zu geben als dem Kondensor. Dieser Linsenring gibt schon allein in gemeinsamer Anwendung
entweder nur mit einem Spiegel oder nur mit einer Kondensorlinse -einen wesentlichen
Vorteil, da er in jedem Falle die stark divergente Strahlung, welche nicht mehr
auf die Austrittsblende des Signals fallen würde, auf diese hin lenkt. Schon -eine
so gestaltete Vorrichtung würde daher -unter den Schutzanspruch fallen. Ganz besonders
vorteilhaft wirkt sich aber der Linsenring dann aus, wenn ein Parabolspiegel und
eine Linse, welche denselben abschließt, zusammen verwendet werden. In diesem Falle
ist eine sehr gute Ausnutzung der Lichtquelle gegeben, die bisher aber nicht praktisch
verwirklicht werden konnte, da keine Vorrichtung bekannt war, um die starke divergente
Strahlung, welche diese Vorrichtung liefert, auf die Austrittsblende zu lenken.
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Die Lichtausbeute dieser Vorrichtung aus Parabolspiegel, Kondensor
und Ringlinse wird um ein Mehrfaches gegenüber der Ausführungsform ohne Ringlinse
verstärkt.